Devoir Surveillé de PHYSIQUE CHIMIE

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1 TS1 et TS2 Devoir Surveillé de PHYSIQUE CHIMIE Date : 26/09/14 Durée : 2h00 Calculatrice : autorisée Pas d'exercice de spé Consignes : La présentation sera soignée, les résultats demandés encadrés, tout résultat non justifié ne sera pas pris en compte. Chaque exercice sera rédigé sur une copie particulière Aucun sujet ne sera introduit dans les copies dont chaque feuille sera nominative. Les éventuels documents à compléter seront recopiés ou découpés et collés sur la copie, aucune feuille volante ne sera prise en compte. Exercice 1 : SURFER SUR LA VAGUE La houle est un train de vagues régulier généré par un vent soufflant sur une grande étendue de mer sans obstacle, le fetch. En arrivant près du rivage, sous certaines conditions, la houle déferle au grand bonheur des surfeurs! Les documents utiles à la résolution sont rassemblés à la fin de l exercice. Donnée : intensité de la pesanteur : g = 9,8 m.s La houle, onde mécanique progressive 1.1. Pourquoi peut-on dire que la houle est une onde mécanique progressive? 1.2. Il est possible de simuler la houle au laboratoire de physique avec une cuve à ondes en utilisant une lame vibrante qui crée à la surface de l eau une onde progressive sinusoïdale de fréquence f = Hz. On réalise une photographie du phénomène observé (document 1). Déterminer, en expliquant la méthode utilisée, la vitesse de propagation v de l onde sinusoïdale générée par le vibreur Au large de la pointe bretonne, à une profondeur de 3000 m, la houle s est formée avec une longueur d onde de 60 m. En utilisant le document 2, calculer la vitesse de propagation v 1 de cette houle. En déduire sa période T Arrivée de la houle dans une baie Sur la photographie aérienne du document 3, quel phénomène peut-on observer? Quelle est la condition nécessaire à son apparition? Citer un autre type d onde pour laquelle on peut observer le même phénomène. 2. Surfer sur la vague La houle atteint une côte sablonneuse et rentre dans la catégorie des ondes longues Calculer la nouvelle vitesse de propagation v 2 de la houle lorsque la profondeur est égale à 4,0 m, ainsi que sa nouvelle longueur d onde λ 2. Les résultats obtenus sont-ils conformes aux informations données dans le document 4? 2.2. Pour la pratique du surf, la configuration optimale est : - à marée montante c'est-à-dire entre le moment de basse mer et celui de pleine mer ; - avec une direction du vent venant du Sud-Ouest. Un surfeur consulte au préalable un site internet qui lui donne toutes les prévisions concernant le vent, la houle et les horaires des marées (document 5). Proposer en justifiant, un créneau favorable à la pratique du surf entre le jeudi et le samedi juin 2012.

2 2.3. Un autre phénomène très attendu par les surfeurs, lors des marées importantes est le mascaret. Le mascaret est une onde de marée qui remonte un fleuve. Cette onde se propage à une vitesse v de l ordre de 5,1 m.s -1. Le passage du mascaret étant observé sur la commune d Arcins à 17h58, à quelle heure arrivera-t-il à un endroit situé à une distance d = 13 km en amont du fleuve? DOCUMENTS DE L EXERCICE III Document 1 : Simulation de la houle au laboratoire avec une cuve à ondes. Document 2 : Vitesse de propagation des ondes à la surface de l eau. - cas des ondes dites «courtes» (en eau profonde) : longueur d onde λ faible devant la profondeur h de l océan (λ < 0,5 h) g. v 2 - cas des ondes dites «longues» (eau peu profonde) : longueur d onde λ très grande devant la profondeur de l océan (λ > 10h) v gh. g est l intensité du champ de pesanteur terrestre. D après Document 3 : Photographie aérienne de l arrivée de la houle dans une baie. Document 4 : Déferlement des vagues sur la côte En arrivant près de la côte, la houle atteint des eaux peu profondes. Dès que la profondeur est inférieure à la moitié de la longueur d onde, les particules d eau sont freinées par frottement avec le sol. La houle est alors ralentie et sa longueur d onde diminue. Ces modifications des caractéristiques de l onde s accompagnent d une augmentation d amplitude. La période est la seule propriété de l onde qui ne change pas à l approche de la côte. Ainsi en arrivant près du rivage, la vitesse des particules sur la crête est plus importante que celle des particules dans le creux de l onde, et lorsque la crête n est plus en équilibre, la vague déferle. D après

3 Document 5 : Prévisions maritimes. GFS UTC 05h 08h 11h 14h 17h 20h 05h 08h 11h 14h 17h 20h 05h 08h 11h 14h 17h 20h Tableau des marées Juin 2012 Jour Pleine mer (h :min) Basse mer (h :min) udi juin 06 :54 19 :08 00 :58 13 :10 ndredi juin 07 :31 19 :44 01 :34 13 :46 medi juin 08 :08 20 : 02 :10 14 :24 Dimanche 24 juin 08 :47 :02 02 :49 15 :04 D après Exercice 2 : FAUT IL CROIRE LE VENDEUR? Situation problème : La laborantine de int-alyre souhaite acheter un lave-vaisselle pour être plus efficace vis-à-vis de la vaisselle laissée par les élèves. Elle hésite entre deux modèles dont la différence se situe sur le niveau d intensité sonore : Le vendeur lui dit que cette différence n est pas énorme puisqu elle n est que de 3 db. Faut-il le croire? (Voir fiches énergétiques) Données utiles : Donnée A : Généralités. - Domaine d audibilité : 20 Hz Hz. - Si f augmente, le son devient aigu, si f diminue le son devient grave. - Si f < 20 Hz : domaine des infrasons. - Si f > Hz : domaine des ultrasons. Donnée D : Correspondance entre L et I. Donnée B : Intensité sonore. - L intensité sonore est la puissance acoustique reçue par unité de surface. Notation : I ; Unité : W.m Seuil d audibilité : I 0 = W.m Seuil de douleur : 10 W.m -2.

4 Données : fiches énergétiques machine à laver Modèle 1 Modèle 2 1) Comparer les intensités du seuil d audibilité et du seuil de douleur. Que peut-on en conclure? Quel est l inconvénient majeur de cette échelle? 2) Rappeler la relation liant intensité sonore et niveau sonore; les grandeurs et unités seront explicitées. 3) Calculer le niveau d intensité sonore pour les valeurs des intensités sonores figurant dans la donnée D et compléter la partie droite du schéma ( A recopier ou à découper et coller ) 4) Quelle est l utilité de cette autre échelle? 5) Selon les sources d information le seuil de douleur est de 1 W.m -2 ou de 10 W.m -2, calculer les valeurs de niveau d intensité sonore correspondantes. Comparer les écarts en intensité sonore et en niveau d intensité. 6) Si le niveau d intensité sonore augmente de 10 db, l intensité sonore est-elle multipliée par 10 ou par 100? 7) Exprimer l'intensité sonore I' du modèle 2 en fonction de celle du modèle1 notée I 8) La laborantine choisit le modèle 1 mais s'inquiète du niveau sonore dans la salle de préparation lorsque le lavevaisselle et l'imprimante de 46 db fonctionneront en même temps. chant que ce sont les intensités sonores des appareils qui s'ajoutent, calculer le niveau sonore obtenu lorsque les 2 appareils fonctionnent. 9) Pour vérifier ce calcul, on utilise l'abaque ci-dessous:

5 Pour additionner les niveaux d'intensité sonore de deux sources différentes, on procède comme suit : On calcule la différence de niveau L2 - L1 entre les deux sources. On lit sur l'abaque ci-dessous le niveau à ajouter à celui de la source la plus élevée. On obtient alors le niveau sonore total. Retrouve-t-on le même niveau sonore?

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